JP2004516770A - 周波数ホッピング方式トランシーバを同期させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

周波数ホッピング方式無線装置に用いられるスレーブ無線トランシーバは、ページングメッセージがマスタートランシーバから受信されるまで、同時に存在する無線チャネルの組のシーケンスで受信することによって同期し、その後、単一チャネル周波数ホッピング動作に転ずる。スレーブ無線トランシーバの複数チャネル受信機は、その帯域内のチャネルのサブセット（ＰＦ１２、ＰＦ１３）のみで同時に受信するように構成されており、受信されるチャネルは、帯域内で個別にプログラムすることによって選択される。同時に受信されたチャネルは、マスターとスレーブとの間の異なる程度の調整不良に対応するように選択することができる。

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、周波数ホッピング方式無線装置に用いる無線受信機、このような受信機を組込んだトランシーバ、このような受信機を組込んだ集積回路、及びそのような受信機の作動方法に関し、また、例えば、認可されていない周波数帯において作動する低出力無線装置に対する応用をもつ。
【０００２】
（背景技術）
周波数ホッピング方式を用いる無線装置においては、無線トランシーバは、所定のシーケンスに従って、周波数を繰り返し変更し、各周波数を短期間だけ引き延ばす。トランシーバが同期していれば、複数の受信機は、常に、同時に同じ周波数に同調して通信が可能になる。トランシーバが範囲外に移動した場合、あるいは通信を終了した場合、例えば、小電力モードをとっている場合、トランシーバ内のクロックは独立して作動し、同期から外れる。該ずれの量は、トランシーバのクロックの安定性、及び先の通信からの時間経過による。通信を再開する場合、トランシーバを再同期させることが必要である。
【０００３】
２つのトランシーバを再同期させるためには、一方のトランシーバが、他方のトランシーバが現在どのチャネルに同調しようとしているかを識別するために、無線チャネルを介して捜さなければならない。両トランシーバのクロック間に多量のずれが存在する場合には、装置で使用される全ての無線チャネルを介して捜す必要がある。このことは、通信が確立する前に長い遅延を生じ、結果としてユーザに良いサービスを提供できないことになる。捜されるトランシーバも、無線チャネルを介して周波数ホッピングされ、このことはサーチ問題を複雑にする。
【０００４】
このようなシナリオを見出すことができる周波数帯域の実例として、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ周波数バンドがあり、これは認可されていない短距離の通信が許可されているものである。この周波数帯域での使用に有効な一つの技術がブルートゥース（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ．ｃｏｍで入手可能な「Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」ｖｅｒｓｉｏｎ １．０）である。ブルートゥース技術の代表的な用途は、携帯電話とＰＣとの間の通信のためのケーブルの置換えである。
【０００５】
ブルートゥース用語を用いると、「マスター機器」は、「ページ」メッセージをチャネルのシーケンスの各チャネルで送信することによって、一つのチャネルで「ページ応答」メッセージを受信するまで、「スレーブ機器」を捜すことになり、その後マスター及びスレーブ装置は同期することができ、かつ通信を開始することができる。ブルートゥースの仕様では、マスター機器が、スレーブ機器が最も見つかりやすい周波数ホップを、ずれの評価に基づいてまず捜し、失敗した場合には、次に見つかりやすい周波数ホップを捜すインテリジェントサーチ方法を規定している。ブルートゥースは３２チャネルを使用し、マスター機器は、サーチのために１６チャネルを（最も見つかりやすい）Ａ群として、残り１６チャネルを（次に見つかりやすい）Ｂ群として分類する。全てのＡ、Ｂ群の周波数を介して捜すのには２．５６秒かかり、この時間は、マスター機器が同期通信リンクを含むネットワーク上でサーチを行っているときには長くなる。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は、最も経済的な方法で、周波数ホッピング方式無線トランシーバのホップ周波数を同期させるのに要する時間を減らすことである。
【０００７】
本発明の一つの態様によれば、周波数ホッピング方式トランシーバのホップ周波数を同期させる方法であって、第１のトランシーバから第１のメッセージを少なくとも一度、第１のレートで第１のシーケンスに従って順次選択された複数の第１の無線チャネルの各々で送信することと、第２のトランシーバにおいて、第２のレートで第２のシーケンスに従って第２の複数の無線チャネルから順次選択された同時に存在する無線チャネルの組で受信することであって、第１及び第２の複数の無線チャネルが少なくとも部分的に共通であり、第２のトランシーバで受信することに応答して、第２の複数の無線チャネルのいずれかに第１のメッセージを有することと、第２のトランシーバから第２のメッセージを送信することと、第１及び第２のトランシーバのホップシーケンスを整合させることとからなる方法が提供される。
【０００８】
一つ以上の無線チャネルで同時に受信可能な受信機を使用することにより、（サーチする及びサーチされる）第１及び第２の両トランシーバが共通の無線チャネルに達するまでに経過するサーチ時間を減らすことができる。
【０００９】
一般に、第１及び第２のトランシーバのホップレートは等しくはない。例えば、第１のトランシーバは、第２のトランシーバがホッピングすることなく単一のチャネルの組合せで受信する間、第１のメッセージを複数のチャネルで連続して送信する。代替方法として、例えば、第２のトランシーバは、第１のトランシーバが単一のチャネルで第１のメッセージを繰り返し送信する間、複数の同時に存在するチャネルの組合せを介してホップしても良い。
【００１０】
第２のトランシーバにより同時に受信される無線チャネルの組合せにおけるチャネルは、ずれの異なる程度に対応して選択することができる。例えば、各組合せが２つのチャネルからなる場合、該２つのチャネルは、約半分のシーケンス期間によって分離されたホップシーケンスの位置から選択することができる。ブルートゥース装置の場合、各組合せは、Ａ群及びＢ群から選択されたチャネルからなる。
【００１１】
第１及び第２のトランシーバのホップシーケンスの整合は、第１及び第２のトランシーバの何れか又は両方における調節により実行することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、周波数ホッピング方式無線トランシーバのホップシーケンスを同期させるときに用いる無線受信機であって、無線チャネルのシーケンスを介して周波数ホッピングする手段と、複数の無線チャネルで同時に受信する手段と、複数の無線チャネルのうちのいずれかで受信した第１のメッセージを復調する手段と、第１のメッセージの受信に応答して第２のメッセージを送信する手段とを備える無線受信機が提供される。
【００１３】
このような受信機は、Ｎ（Ｎ＞２）個の無線チャネルの各々で同時に無線信号を受信できるフロントエンドと、Ｎ個の無線信号の各々を同時にそれぞれのＩＦ周波数に混合する手段と、Ｎ個より少ない複数のＩＦフィルタと、複数のＩＦフィルタのそれぞれを、ＩＦ周波数のうちの選択されたものに同調させる手段と、少なくとも一つのＩＦフィルタを介して受信した少なくとも一つの信号を復調する手段とを備えても良い。
【００１４】
Ｎ個より少ないＩＦフィルタを用いて、及びそれらのＩＦフィルタを調整可能にすることにより、受信機のコストを、ＩＦフィルタがＩＦ周波数ごとに設けられている場合よりも低くすることができ、かつこれらのＩＦフィルタを、第１のメッセージが最も受信されやすいチャネルに対して同調させることができる。例えば、いくつかの無線装置において、それらのチャネルは、特にページングチャネルと呼ぶことができる。さらに、第１のメッセージが最も受信されやすいそれらのチャネルは、異なるトランシーバに対して異なっている。
【００１５】
第１のメッセージを第１のトランシーバから受信した後、第２のトランシーバは、電力消費を最小限にするために、一度に一つのチャネルのみを受信するようになる。
【００１６】
無線装置における全てのチャネルのフルセットは、Ｎ個のチャネルのクラスタを全てのチャネルのセットにわたって順次同調させていくことによってスキャンすることができる。受信機が全てのチャネルのセットにわたって同調されると、第１のトランシーバが第１のメッセージを送信する該チャネル（ページングチャネル）は、受信したチャネルクラスタの範囲内の異なる位置に配置することができる。調整可能なＩＦフィルタは、第１のメッセージが最も受信されやすいチャネルを選択するように同調させることができる。
【００１７】
チャネルのクラスタは、随意に、低ＩＦと混合することができ、各チャネルは異なるＩＦ周波数にある。また混合されたチャネルの一つは、随意に、ゼロＩＦにすることができる。
【００１８】
低ＩＦフィルタリングは、随意に、受信したチャネルクラスタの範囲内で選択されるページングチャネルを可能にするようにプログラムすることができる多相フィルタ内に実装することができる。
【００１９】
本発明に係る受信機の作動は、高レベルの回路集積化に敏感に反応することができる。
【００２０】
（発明を実施するための形態）
以下、本発明を、ブルートゥース機器への適用を例にとって、添付図面を参照しながら説明する。
【００２１】
ブルートゥーストランシーバ機器が通信中でないときは、マスター機器によって送信されたページメッセージを傾聴する３２のページングチャネルからなるプリセットシーケンスの周りでその受信機をスキャンし、該メッセージは、新規の通信の開始を示し、マスター機器とスレーブ機器とが同期できるようにする。これらのページングチャネルは、機器のアドレスから得られ、かつ異なる機器に対して異なる、３２チャネルホッピングシーケンスからなる。該３２チャネルは、７９チャネルにわたって配分される。スキャンを行うタイミングは、内部クロックによって制御される。
【００２２】
一定期間通信がない後に、マスター機器がスレーブ機器と通信を確立しようとするときは、該マスター機器は、Ａ群のチャネルによってページ要求を送信するページングモードに入る。マスター機器は、先の該スレーブ機器との通信に基づいて、スレーブ機器が同調することができるのはどのチャネルかを判断することができるが、直近の通信から長時間が経過している場合には、内部クロックは、間違った判断から移動するのが適当であり、クロック安定性は、公称３０ｐｐｍである。従って、スレーブ機器からＡ群チャネルでページ応答メッセージがない場合には、マスター機器は、Ｂ群チャネルで該ページメッセージを送信する。全てのＡ群チャネルで送信するのには１．２８秒かかり、全てのＢ群チャネルで送信するのには１．２８秒かかり、トータルで２．５６秒かかる。Ａ群及びＢ群のチャネルを同時に受信できる受信機を用いることによって、マスター機器及びスレーブ機器は、最初の１．２８秒の間に共通の周波数に達し、それにより、同調する最大時間を減らす。大きなずれが発生した場合には、マスター機器及びスレーブ機器は、Ａ群チャネル及びＢ群チャネルを異なるチャネルの分類にする、例えば、マスター機器によってＡ群に分類されたチャネルを、スレーブ機器によってＢ群チャネルとして分類することができることに注意すべきである。
【００２３】
本発明を具体化する受信機を図１に示す。該受信機は、関連性のある周波数帯域を選択するＲＦ帯域フィルタ２に結合されたアンテナ１を備える。帯域フィルタ２からの信号出力は、低ノイズ増幅器３によって増幅された後、２つの経路Ｉ、Ｑに分離され、各経路はそれぞれ混合器４、５を有する。混合器４、５への最初の入力は、低ノイズ増幅器３の出力に結合される。混合器４、５の第２の入力は、発振器６からの局部発振信号によって生成される。混合器５に供給された局部発振信号は、９０°移相器７によって混合器４に供給される信号に対して公称９０°だけ移相される。局部発振信号の周波数は、関係のあるチャネルのクラスタの中心周波数と略等しく、それにより、ゼロ周波数近傍に集中すべきチャネルのクラスタを混合する。混合による積は、関係のあるチャネルのクラスタの外側にチャネルを排除する低域フィルタ８、９によってフィルタリングされた後、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１０、１１でディジタル化される。経路Ｉ、Ｑ経路でディジタル化された信号は、多相フィルタである第１及び第２のチャネルフィルタ１２、１３の同相及び直角位相入力にそれぞれ供給される。チャネルフィルタ１２、１３の各々は、一つのチャネルを選択するために、コントローラ１６の制御の下で独立にプログラム可能である。第１及び第２のチャネルフィルタ１２、１３のそれぞれにおける何れの信号も、該信号が既にゼロ周波数にあり、かつそれぞれ、第１のディロテータ及び復調器１４、及び第２のディロテータ及び復調器１５で復調されている場合を除いて、ゼロ周波数に逆回転される。復調された信号は、ブルートゥースプロトコルに従ってさらなる処理を行うためにコントローラ１６に供給される。
【００２４】
図２〜図４は、受信機におけるチャネル及びフィルタリングを示す。図２について説明すると、ブルートゥース機器で使用するための２．４ＧＨｚ帯で使用可能な７９のチャネルがある。チャネル４とチャネル７とが半分のシーケンス長だけ離れて位置するように、スキャンシーケンスによって予め決められた順番で番号付けられたチャネル４、７、１１、…等を３２チャネルスキャンシーケンスのために使用するスレーブ機器と通信を確立しようとするマスター機器の状態を考える。その結果、内部クロックを用いて、マスター機器が、スレーブが現在チャネル４に同調されていることを判断すると、チャネル４がＡ群チャネルとして分類され、チャネル７がＢ群チャネルとして分類される。逆に、スレーブが現在チャネル７に同調されていることをマスターが判断するように、マスター及びスレーブのクロックがずれている場合には、チャネル７がＡ群チャネルとして分類され、チャネル４がＢ群チャネルとして分類される。
【００２５】
図１についてまた説明すると、ＲＦ帯域フィルタ２は、不必要な信号を７９チャネルの帯域の外側に排除する。該７９チャネルは、関係のあるチャネルのクラスタの中心がゼロ周波数（ｄｃ）に至るように、混合器４および５で周波数変換される。この実施例においては、クラスタは、４つのチャネル４、５、６および７を備える。周波数変換されたチャネルを図３に示す。ｄｃ近傍に至る所望のチャネルのクラスタの選択は、発振器６の周波数の適切な選択によって制御することができる。
【００２６】
低域フィルタ８、９は、関係のあるチャネルのクラスタを選択する。該低域フィルタリングは、図３においてＬＰＦで示され、選択されたチャネルのクラスタを図４に示す。低域フィルタ８、９は、ＡＤＣ１０、１１を不必要な信号から保護し、それによりＡＤＣに要求されるダイナミックレンジを低減する。
【００２７】
チャネルフィルタ１２および１３は、チャネル４および７をそれぞれ選択するように、コントローラ１６の制御の下でプログラムされる。チャネルフィルタ１２および１３によるフィルタリングを図４にそれぞれＰＦ１２およびＰＦ１３で示す。
【００２８】
チャネル４又は７で受信された何れの信号も、ｄｃに逆回転され、第１および第２ディロテータ及び復調器１４、１５にそれぞれ復調され、復調されたデータは、メッセージ処理のためにコントローラ１６へ送られる。
【００２９】
復調されたデータがマスター機器からのページメッセージである場合には、スレーブ機器は、マスター機器へページ応答メッセージを送信し、そのホップシーケンスをマスター機器と同期させることができ、消費電力を低減するために、チャネルフィルタ１２、１３およびディロテータ及び復調器１４、１５のうちの一つを除く全てを機能を停止させることができる。
【００３０】
スレーブ機器がチャネル４又はチャネル７のどちらでもページメッセージを受信しない場合には、ｄｃ上に集中させるべき４つの異なるチャネルのクラスタをダウンコンバートするために局部発振器６を再同調させることができ、また、クラスタの範囲内の別のチャネルの組を選択するように、チャネルフィルタ１２、１３を再プログラムすることができる。再同調及び再プログラムは、ページメッセージがマスター機器から受信されるまで続けられる。
【００３１】
一つ以上のチャネルで同時に信号を受信すること、例えば、マスター機器からのページメッセージを一つのチャネルで、別の機器からの不必要な信号を他のチャネルで受信することが可能である。この可能性を提供するために、コントローラ１６は、さらなる処理のために、異なるチャネルで同時に受信した複数の信号から必要な信号を選択する手段を含むことができる。
【００３２】
一般に、クラスタのサイズは４チャネルに限定されないが、適切な数のチャネルを含んでも良い。
【００３３】
一般に、プログラム可能な又は調整可能なチャネルフィルタの数は２つに限定されない。該数は、通信の確立速度と受信機のコストとの間の妥協による。
【００３４】
上述の実施例においては、チャネルのクラスタは、ｄｃ近傍に周波数変換される。このことは、ディジタル実装におけるＡＤＣに要求されるサンプリング・レートを最少化する。他の周波数への変換もまた可能である。一つのチャネルがｄｃ上に集中するようにクラスタを周波数変換することも可能である。
【００３５】
（産業上の利用可能性）
周波数ホッピング方式無線装置のための機器。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る受信機のブロック図である。
【図２】
ブルートゥース無線装置で利用できる無線チャネルのフルセットを示す図である。
【図３】
周波数変換後のフィルタリングによるチャネルのクラスタの選択を示す図である。
【図４】
フィルタリングによるクラスタからの個々のページングチャネルの選択を示す図である。

Claims (15)

1. 周波数ホッピング方式トランシーバのホップ周波数を同期させる方法であって、第１のトランシーバから第１のメッセージを少なくとも一度、第１のレートで第１のシーケンスに従って順次選択された複数の無線チャネルの各々で送信することと、第２のトランシーバにおいて、第２のレートで第２のシーケンスに従って第２の複数の無線チャネルから順次選択された同時に存在する無線チャネルの組で受信することであって、第１及び第２の複数の無線チャネルが少なくとも部分的に共通であり、第２のトランシーバで受信することに応答して、第２の複数の無線チャネルのいずれかに第１のメッセージを有することと、第２のトランシーバから第２のメッセージを送信することと、第１及び第２のトランシーバのホップシーケンスを整合させることとからなる方法。
2. 前記同時に存在する無線チャネルの組が、同時に存在する２つの無線チャネルからなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記同時に存在する２つの無線チャネルの組が、前記第２のシーケンスから選択され、かつ前記第２のシーケンスの約半分の期間で分離された第２のシーケンスにおける位置から選択されたチャネルからなる、請求項２に記載の方法。
4. Ｎ（Ｎ＞２）個の無線チャネルをそれぞれＩＦ周波数に混合し、Ｎ以下の複数のＩＦフィルタのそれぞれを同時に存在する無線チャネルの組のうちの一つに対応するＩＦ周波数のうちの選択したものに同調させ、前記ＩＦフィルタのうちのいずれかを介して前記第１のメッセージを受信し、受信した第１のメッセージを復調する第２のトランシーバの受信機をさらに備える、請求項１に記載の方法。
5. 前記第２のトランシーバを、前記第１のメッセージを受信することに応答して、一度に単一のチャネルで受信するモードに切り替えることをさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 請求項１に記載の方法において使用される無線受信機であって、無線チャネルのシーケンスを介して周波数ホッピングする手段と、複数の無線チャネルで同時に受信する手段と、前記複数の無線チャネルのうちのいずれかで受信した第１のメッセージを復調する手段と、前記第１のメッセージの受信に応答して第２のメッセージを送信する手段とを備える、無線受信機。
7. Ｎ（Ｎ＞２）個の無線チャネルの各々で同時に無線信号を受信できるフロントエンドと、前記Ｎ個の無線信号の各々を同時にそれぞれのＩＦ周波数に混合する手段と、Ｎ個より少ない複数のＩＦフィルタと、前記複数のＩＦフィルタのそれぞれを、前記ＩＦ周波数のうちの選択されたものに同調させる手段と、少なくとも一つのＩＦフィルタを介して受信した少なくとも一つの信号を復調する手段とを備える、請求項６に記載の無線受信機。
8. 少なくとも一つのＩＦ周波数が低いＩＦである、請求項７に記載の無線受信機。
9. 少なくとも一つの低ＩＦに同調されたＩＦフィルタが多相フィルタである、請求項８に記載の無線受信機。
10. 前記少なくとも一つの低ＩＦを介して受信した少なくとも一つの信号が、復調される前に、ゼロ周波数に逆回転される、請求項８又は９に記載の無線受信機。
11. 少なくとも一つのＩＦ周波数がゼロである、請求項７に記載の無線受信機。
12. 所定のメッセージを受信することに応答して、一度に単一のチャネルで受信するモードを引き起こすように実施可能な制御手段を備える、請求項６又は７に記載の無線受信機。
13. さらなる処理のために、同時に受信した複数の信号から一つの信号を処理するために選択する手段をさらに備える、請求項６又は７に記載の無線受信機。
14. 請求項６〜１３のいずれかに記載された受信機を備える集積回路。
15. 請求項６〜１３のいずれかに記載された受信機を備えるトランシーバ。

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